JP7311442B2 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
太陽電池の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7311442B2 JP7311442B2 JP2020033012A JP2020033012A JP7311442B2 JP 7311442 B2 JP7311442 B2 JP 7311442B2 JP 2020033012 A JP2020033012 A JP 2020033012A JP 2020033012 A JP2020033012 A JP 2020033012A JP 7311442 B2 JP7311442 B2 JP 7311442B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon nanotube
- solar cell
- carbon nanotubes
- type semiconductor
- semiconductor structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims 5
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 133
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 129
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 127
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 97
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 79
- 239000002079 double walled nanotube Substances 0.000 claims description 16
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 claims description 16
- 229910021404 metallic carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 19
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 7
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 6
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- SDDGNMXIOGQCCH-UHFFFAOYSA-N 3-fluoro-n,n-dimethylaniline Chemical compound CN(C)C1=CC=CC(F)=C1 SDDGNMXIOGQCCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003090 WSe2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N benzocyclobutene Chemical compound C1=CC=C2CCC2=C1 UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100069231 Caenorhabditis elegans gkow-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002120 nanofilm Substances 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
- H10K85/221—Carbon nanotubes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022466—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
- H01L31/022441—Electrode arrangements specially adapted for back-contact solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
- H01L31/0324—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312 comprising only AIVBVI or AIIBIVCVI chalcogenide compounds, e.g. Pb Sn Te
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/451—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising a metal-semiconductor-metal [m-s-m] structure
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/80—Constructional details
- H10K30/81—Electrodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Primary Cells (AREA)
- Electromechanical Clocks (AREA)
Description
本発明は、太陽電池に関する。
太陽電池は、半導体材料の光起電原理を使用して作られる。半導体光電変換材料の種類に応じて、太陽電池はシリコンベース太陽電池、ヒ化ガリウム太陽電池、及び有機薄膜太陽電池に分類できる。現在、太陽電池は主にシリコンベース太陽電池である。
しかしながら、従来の太陽電池の前面電極と背面電極の材料は、ほとんどが金属、導電性ポリマー、または酸化インジウムスズである。これらの材料は光を著しく吸収または反射し、太陽電池の光電変換効率にさらに影響して、太陽電池の光電変換効率は低くなる。
したがって、優れた光電変換効率を有するナノサイズの太陽電池の製造方法を提供する必要がある。
背面電極、半導体構造体及び前面電極を含む太陽電池において、前記半導体構造体は互いに対向する第一表面及び第二表面を有し、前記半導体構造体はｎ型半導体層及びｐ型半導体層を含み、前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層は積層されて設置され、前記背面電極は前記半導体構造体の第一表面に設置され、前記背面電極は一本の第一カーボンナノチューブからなり、前記前面電極は前記半導体構造体の第二表面に設置され、前記前面電極は一本の第二カーボンナノチューブからなり、前記第一カーボンナノチューブ及び前記第二カーボンナノチューブは交差して設置され、前記第一カーボンナノチューブ、前記半導体構造体及び前記第二カーボンナノチューブは順に積層して設置されて、多層構造体が形成される。
前記第一カーボンナノチューブ及び前記第二カーボンナノチューブは金属性のカーボンナノチューブである。
前記第一カーボンナノチューブ及び前記第二カーボンナノチューブは内殻カーボンナノチューブである。
前記多層構造体の横方向断面の面積は１ｎｍ２～１００ｎｍ２である。
前記第一カーボンナノチューブの延伸方向と前記第二カーボンナノチューブの延伸方向とは互いに垂直である
従来技術と比べて、本発明の一態様の太陽電池は、２本のカーボンナノチューブが交差して２次元半導体構造体を挟み込んで形成される。２本のカーボンナノチューブの直径はそれぞれナノスケールであり、２本のカーボンナノチューブの交差部では、２本のカーボンナノチューブと半導体構造体とが重なり合ってナノメートルの多層構造体が形成される。これにより、ナノサイズのｐｎ接合が形成され、太陽電池のサイズをナノスケールに縮小でき、太陽電池の応用分野がより広範になる。さらに、太陽電池における二つの電極は、それぞれ一本のカーボンナノチューブのみからなる。従来の電極と比較して、カーボンナノチューブが光を吸収または反射することは無視でき、且つカーボンナノチューブがよい光透過率を持つ。これにより、本発明の一態様の太陽電池は、従来の電極を用いた太陽電池に比べて光電変換効率が高くなる。
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
図１を参照すると、本発明の第一実施例は、太陽電池１００を提供する。太陽電池１００は、背面電極１０２、半導体構造体１０４及び前面電極１０６を含む。半導体構造体１０４は、互いに対向する第一表面（図示せず）および第二表面（図示せず）を有する。 背面電極１０２は、半導体構造体１０４の第一表面に設置され、且つ第一表面と直接に接触される。前面電極１０６は、半導体構造体１０４の第二表面に設置され、第二表面と直接に接触される。半導体構造体１０４は、背面電極１０２と前面電極１０６との間に設置される。背面電極１０２は一本の第一カーボンナノチューブからなり、前面電極１０６は一本の第二カーボンナノチューブからなる。第一カーボンナノチューブの延伸方向と第二カーボンナノチューブの延伸方向とは交差して設置される。半導体構造体１０４は、ｎ型半導体層１０４２とｐ型半導体層１０４４を含む。ｎ型半導体層１０４２及びｐ型半導体層１０４４は、積層されて半導体構造体１０４を形成する。
背面電極１０２は一本の第一カーボンナノチューブからなる。半導体構造体１０４の第一表面に一本の第一カーボンナノチューブのみが設置される。第一カーボンナノチューブが金属性のカーボンナノチューブである。第一カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、または多層カーボンナノチューブであってもよい。第一カーボンナノチューブの直径は制限されず、０．５ｎｍ～１００ｎｍであってもよい。一つの例において、第一カーボンナノチューブの直径は０．５ｎｍ～１０ｎｍである。 好ましくは、第一カーボンナノチューブは単層カーボンナノチューブであり、その直径が０．５ｎｍ～２ｎｍである。本実施例において、第一カーボンナノチューブの直径が１ｎｍである。
本実施例において、カーボンナノチューブは内殻カーボンナノチューブである。内殻カーボンナノチューブとは、二層カーボンナノチューブまたは多層カーボンナノチューブの最も内側のカーボンナノチューブを指す。内殻カーボンナノチューブは、超長二層カーボンナノチューブまたは超長多層カーボンナノチューブから引き抜くことにより得られる。超長二層カーボンナノチューブまたは超長多層カーボンナノチューブとは、二層カーボンナノチューブまたは多層カーボンナノチューブの長さが１５０ミクロン以上のものである。好ましくは、二層カーボンナノチューブまたは多層カーボンナノチューブの長さは１５０ミクロン～３００ミクロンである。具体的に、超長二層カーボンナノチューブまたは超長多層カーボンナノチューブの両端を伸ばして、超長二層カーボンナノチューブまたは超長多層カーボンナノチューブの外壁はすべて破損しており、超長二層カーボンナノチューブまたは超長多層カーボンナノチューブの中央部にある最も内側の一層のカーボンナノチューブ（すなわち、内殻カーボンナノチューブ）のみが残される。内殻カーボンナノチューブの表面はきれいであり、その表面に不純物がないため、第一カーボンナノチューブ１０２は半導体構造体１０４と良好に接触することができる。もちろん、第一カーボンナノチューブ１０２は内殻カーボンナノチューブに制限されず、他の単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブまたは多層カーボンナノチューブであってもよい。
前面電極１０６は一本の第二カーボンナノチューブからなる。半導体構造体１０４の第二表面に一本の第二カーボンナノチューブのみが設置される。第二カーボンナノチューブが金属性のカーボンナノチューブである。第二カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、または多層カーボンナノチューブであってもよい。第二カーボンナノチューブの直径は制限されず、０．５ｎｍ～１００ｎｍであってもよい。一つの例において、第二カーボンナノチューブの直径は０．５ｎｍ～１０ｎｍである。好ましくは、第二カーボンナノチューブは単層カーボンナノチューブであり、その直径が０．５ｎｍ～２ｎｍである。本実施例において、第二カーボンナノチューブの直径が１ｎｍである。本実施例において、第二カーボンナノチューブは内殻カーボンナノチューブである。内殻カーボンナノチューブの表面はきれいであり、その表面に不純物がないため、第二カーボンナノチューブは半導体構造体１０４と良好に接触することができる。もちろん、第二カーボンナノチューブ１０６は内殻カーボンナノチューブに制限されず、他の単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブまたは多層カーボンナノチューブであってもよい。第二カーボンナノチューブの直径と第一カーボンナノチューブの直径とは同じでも異なってもよい。
第一カーボンナノチューブの延伸方向と第二カーボンナノチューブの延伸方向とは交差して角度が形成される。この角度は、０°～９０°（０°は含まず）である。本実施例において、第一カーボンナノチューブの延伸方向と第二カーボンナノチューブの延伸方向とは互いに垂直であり、すなわち、角度は９０°である。
ｐ型半導体層１０４４及びｎ型半導体層１０４２が積層して設置され、半導体構造体１０４に垂直な方向にｐｎ接合が形成される。ｐ型半導体層１０４４及びｎ型半導体層１０４２がそれぞれ二次元材料である。二次元材料とは、電子がナノメートルスケール（１～１００ｎｍ）の二次元のみで自由に移動（平面移動）できる材料を指す。例えば、二次元材料は、ナノフィルム、超格子、量子井戸などであってもよい。半導体構造体１０４は、ナノメートル厚の二次元層状構造体である。好ましくは、半導体構造体１０４の厚さが１ナノメートル～２００ナノメートルである。好ましくは、ｎ型半導体層１０４２の厚さが０．５ナノメートル～１００ナノメートルである。好ましくは、ｐ型半導体層１０４４の厚さが０．５ナノメートル～１００ナノメートルである。さらに好ましくは、ｎ型半導体層１０４２の厚さが０．５ナノメートル～５０ナノメートルであり、ｐ型半導体層１０４４の厚さが０．５ナノメートル～５０ナノメートルである。
本実施例において、ｎ型半導体層１０４２は前面電極１０６と直接に接触され、ｐ型半導体層１０４４は背面電極１０２と直接に接触される。他の実施例では、ｎ型半導体層１０４２は背面電極１０２と直接に接触され、ｐ型半導体層１０４４は前面電極１０６と直接に接触される。ｐ型半導体層１０４４及びｎ型半導体層１０４２の材料は制限されず、無機化合物半導体、元素半導体、有機半導体又はこれらの材料がドープされた材料でもよい。本実施例において、ｐ型半導体層１０４４の材料がセレン化タングステン（ＷＳｅ２）であり、その厚さが１４ナノメートルであり、ｎ型半導体層１０４２の材料が硫化モリブデン（ＭＯＳ２）であり、その厚さが１６ナノメートルである。もう一つの例において、ｐ型半導体層１０４４の材料がセレン化タングステン（ＷＳｅ２）であり、その厚さが７６ナノメートルであり、ｎ型半導体層１０４２の材料が硫化モリブデン（ＭＯＳ２）であり、その厚さが７６ナノメートルである。
図２を参照して、第一カーボンナノチューブと第二カーボンナノチューブの交差点で、半導体構造体１０４に垂直な方向で、第一カーボンナノチューブ、半導体構造体１０４、及び第二カーボンナノチューブが積層して設置されて、多層構造体１０８が形成される。多層構造体１０８は、横方向断面及び縦方向断面を定義して、横方向断面が半導体構造体１０４の表面に平行する断面であり、縦方向断面が半導体構造体１０４の表面に垂直する断面である。半導体構造体１０４に対する第一カーボンナノチューブ及び第二カーボンナノチューブのサイズは小さく、半導体構造体１０４の表面には第一カーボンナノチューブ及び一つの第二カーボンナノチューブのみが設置されるため、横方向断面の面積が第一カーボンナノチューブ又は第二カーボンナノチューブの直径によって決まる。第一カーボンナノチューブ及び第二カーボンナノチューブの直径は両方ともナノメートルであるため、多層構造体１０８の横方向断面の面積もナノメートルである。縦方向断面の面積は、第一カーボンナノチューブ、第二カーボンナノチューブの直径および半導体構造体１０４の厚さによって決定される。第一カーボンナノチューブ及び第二カーボンナノチューブの直径はともにナノスケールであり、半導体構造体１０４の厚さもナノスケールであるため、多層構造体１０８の縦方向断面の面積もナノスケールである。好ましくは、多層構造体１０８の横方向断面の面積は１ｎｍ２～１００ｎｍ２である。第一カーボンナノチューブと第二カーボンナノチューブと半導体構造体１０４とは、多層構造体１０８に垂直ｐ－ｎヘテロ接合を形成する。ｐ－ｎヘテロ接合はファンデルワールスヘテロ接合である。
太陽電池１０が応用される時には、ｎ型半導体層１０４２とｐ型半導体層１０４４との接触面にｐ－ｎ接合が形成される。複数の電子－正孔対を生成するとき、複数の電子－正孔対は内部電界の作用によって分離した後、ｎ型半導体層１０４２の電子は前面電極１０６に向かって移動し、ｐ型半導体層１０４４の正孔は背面電極１０２に向かって移動する。ｎ型半導体層１０４２の電子は前面電極１０６によって収集され、ｐ型半導体層１０４４の正孔は背面電極１０２によって収集され、電流が形成される。電流経路は、多層構造体１０８を通る断面であり、太陽電池１００の有効部分は多層構造体１０８である。太陽電池１００の全体サイズは、多層構造体１０８の体積よりも大きくなるように確保するだけでよい。太陽電池１００は多層構造体１０８を含むことを確保するだけでよい。したがって、太陽電池１００は小さなサイズを有することができる。太陽電池１００は、ナノスケールの太陽電池であってもよい。太陽電池１００は、ナノスケールのサイズ及びより高い集積度を有する。
本発明の太陽電池は以下の効果がある。第一に、太陽電池は、２本のカーボンナノチューブが交差して２次元半導体構造体を挟み込んで形成される。２本のカーボンナノチューブチューブの直径はそれぞれナノスケールであり、２本のカーボンナノチューブチューブの交差部では、２本のカーボンナノチューブと半導体構造体が重なり合ってナノメートルの多層構造体（ナノサイズのｐｎ接合）が形成される。これにより、太陽電池のサイズをナノスケールに縮小でき、太陽電池の応用分野がより広範になる。第二に、太陽電池における二つの電極は、それぞれ一本のカーボンナノチューブのみからなる。従来の電極と比較して、カーボンナノチューブが光を吸収しまたは反射することは無視でき、且つカーボンナノチューブがよい光透過率を持つ。これにより、本発明の太陽電池は、従来の電極を用いた太陽電池に比べて光電変換効率が高まる。第三に、カーボンナノチューブは優れた導電性と機械的特性を備えるため、太陽電池の光電変換効率及び耐久性を高め、抵抗が均一にさせることができ、太陽電池の性能を向上させる。
図３を参照すると、本発明の第二実施例は、太陽電池２００を提供する。太陽電池２００は、第一電極２０２、第二電極２０４、太陽電池ユニット２０６、ゲート電極２０８及び絶縁層２１０を含む。太陽電池ユニット２０６の構造が第一実施例の太陽電池１００の構造と同じであり、ここでは詳しく説明しない。即ち、第一実施例の太陽電池１００と比べて、本実施例の太陽電池２００は、更に第一電極２０２、第二電極２０４、ゲート電極２０８及び絶縁層２１０を含む。具体的には、太陽電池ユニット２０６が絶縁層２１０を通じて、ゲート電極２０８と絶縁して設置され、第一電極２０２が背面電極１０２と電気的に接続され、第二電極２０４が前面電極１０６と電気的に接続され、ゲート電極２０８が絶縁層２１０を通じて、背面電極１０２、半導体構造体１０４、前面電極１０６、第一電極２０２及び第二電極２０４と絶縁して設置される。
太陽電池２００において、ゲート電極２０８及び絶縁層２１０が積層して設置され、太陽電池ユニット２０６が絶縁層２１０の表面に設置され、絶縁層２１０をゲート電極２０８と太陽電池ユニット２０６との間に位置させる。太陽電池２００において、背面電極１０２としての第一カーボンナノチューブが絶縁層２１０の表面に直接的に設置され、半導体構造体１０４が第一カーボンナノチューブの上方に設置され、第一カーボンナノチューブを半導体構造体１０４と絶縁層２１０との間に位置させ、前面電極１０６としての第二カーボンナノチューブが半導体構造体１０４の上方に位置する。本実施例において、第一カーボンナノチューブは、絶縁層２１０の表面に直接的に設置され、ゲート電極２０８に接近して、ゲート電極２０８が太陽電池ユニット２０６を制御することができる。また、第二カーボンナノチューブがゲート電極２０８から離れるので、第二カーボンナノチューブは半導体構造体１０４及びゲート電極２０８に遮蔽効果を生成することができず、太陽電池２００が作動できないことを防止できる。本実施例において、第二カーボンナノチューブがｎ型半導体層１０４２の表面に設置され、第一カーボンナノチューブがｐ型半導体層１０４４の表面に設置され、ｐ型半導体層１０４４は、厚さが１４ナノメートルであるＷＳｅ２であり、ｎ型半導体層１０４２は、厚さが１６ナノメートルであるＭｏＳ２である。
第一電極２０２及び第二電極２０４が導電材料からなり、導電材料が金属、ＩＴＯ、ＡＴＯ、導電銀テープ、導電性ポリマー又は導電カーボンナノチューブ等である。金属材料がアルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、金、チタン、パラジウム又は任意の組み合わせの合金である。第一電極２０２及び第二電極２０４も導電フィルムであってもよく、導電フィルムの厚さが２ナノメートル～１００マイクロメートルである。本実施例において、第一電極２０２及び第二電極２０４が金及びチタンからなる金属複合構造体である。具体的には、金属複合構造体が銅層及びチタン層からなり、銅層がチタン層の表面に設置される。チタン層の厚さが５ナノメートルであり、銅層の厚さが６０ナノメートルである。本実施例において、第一電極２０２は、第一カーボンナノチューブと電気的に接続され、第一カーボンナノチューブの一端に設置され、第一カーボンナノチューブの表面と緊密に接触される。チタン層が第一カーボンナノチューブの表面に設置され、銅層がチタン層の表面に設置される。第二電極２０４は、第二カーボンナノチューブと電気的に接続され、第二カーボンナノチューブの一端に設置され、第二カーボンナノチューブの表面と緊密に接触される。チタン層が第二カーボンナノチューブの表面に設置され、銅層がチタン層の表面に設置される。
絶縁層２１０の材料が絶縁材料であり、例えば、窒化ケイ素や酸化シリコンなどの硬質材料、またはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリエステル、アクリル樹脂などの可撓性材料であってもよい。絶縁層２１０の厚さが２ナノメートル～１００マイクロメートルである。本実施例において、絶縁層の材料が酸化シリコンであり、その厚さは５０ナノメートルである。
ゲート電極２０８が導電材料からなり、導電材料が金属、ＩＴＯ、ＡＴＯ、導電銀テープ、導電性ポリマー又は導電カーボンナノチューブ等である。金属材料がアルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、金、チタン、パラジウム又は任意の組み合わせの合金である。本実施例において、ゲート電極２０８が層状の構造体であり、絶縁層２１０がゲート電極２０８の表面に設置され、第一電極２０２、第二電極２０４及び太陽電池ユニット２０６が絶縁層２１０に設置され、ゲート電極２０８及び絶縁層２１０に支持される。
本実施例の太陽電池２００が応用される時には、半導体構造体１０４に照射され、半導体構造体１０４と、第一カーボンナノチューブと、第二カーボンナノチューブとは、ファンデルワールスヘテロ接合構造を形成するので、光起電力効果を生成して、光エネルギーを電気エネルギーに変換する。
１００ 太陽電池
１０２ 背面電極
１０４ 半導体構造体
１０４２ ｎ型半導体層
１０４４ ｐ型半導体層
１０６ 前面電極
１０８ 多層構造体
２００ 太陽電池
２０２ 第一電極
２０４ 第二電極
２０６ 太陽電池ユニット
２０８ ゲート電極
２１０ 絶縁層
１０２ 背面電極
１０４ 半導体構造体
１０４２ ｎ型半導体層
１０４４ ｐ型半導体層
１０６ 前面電極
１０８ 多層構造体
２００ 太陽電池
２０２ 第一電極
２０４ 第二電極
２０６ 太陽電池ユニット
２０８ ゲート電極
２１０ 絶縁層
Claims (4)
- 背面電極、半導体構造体及び前面電極を含み、
前記半導体構造体は互いに対向する第一表面及び第二表面を有し、前記半導体構造体はｎ型半導体層及びｐ型半導体層を含み、前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層は積層されて設置され、
前記背面電極は前記半導体構造体の第一表面に設置され、前記背面電極は一本の第一カーボンナノチューブからなり、
前記前面電極は前記半導体構造体の第二表面に設置され、前記前面電極は一本の第二カーボンナノチューブからなり、
前記第一カーボンナノチューブ及び前記第二カーボンナノチューブは交差して設置され、前記第一カーボンナノチューブ、前記半導体構造体及び前記第二カーボンナノチューブは順に積層して設置されて、多層構造体が形成され、
前記太陽電池の有効部分を構成するｐ－ｎヘテロ接合が前記第一カーボンナノチューブと前記第二カーボンナノチューブの交差点に点状に、前記半導体構造体に形成され、
前記ｐ－ｎヘテロ接合における前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層とが積層される方向が、前記第一表面に垂直であり、
前記第一カーボンナノチューブ及び前記第二カーボンナノチューブは内殻カーボンナノチューブである太陽電池の製造方法であって、
長さが１５０ミクロン以上の超長二層カーボンナノチューブまたは超長多層カーボンナノチューブの両端を伸ばすことによって前記内殻カーボンナノチューブを得るステップであり、具体的に、長さが１５０ミクロン以上の超長二層カーボンナノチューブまたは超長多層カーボンナノチューブの両端を伸ばして、超長二層カーボンナノチューブまたは超長多層カーボンナノチューブの外壁はすべて破損しており、超長二層カーボンナノチューブまたは超長多層カーボンナノチューブの中央部にある最も内側の一層のカーボンナノチューブのみが残され、最も内側の一層のカーボンナノチューブが内殻カーボンナノチューブであるステップと、
前記内殻カーボンナノチューブを用いて前記太陽電池を製造するステップと、
を備えることを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 前記第一カーボンナノチューブ及び前記第二カーボンナノチューブは金属性のカーボンナノチューブであることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記多層構造体の横方向断面の面積は１ｎｍ２～１００ｎｍ２であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記第一カーボンナノチューブの延伸方向と前記第二カーボンナノチューブの延伸方向とは互いに垂直であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911090236.8A CN112786715B (zh) | 2019-11-08 | 2019-11-08 | 太阳能电池 |
| CN201911090236.8 | 2019-11-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021077848A JP2021077848A (ja) | 2021-05-20 |
| JP7311442B2 true JP7311442B2 (ja) | 2023-07-19 |
Family
ID=75748993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020033012A Active JP7311442B2 (ja) | 2019-11-08 | 2020-02-28 | 太陽電池の製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11482673B2 (ja) |
| JP (1) | JP7311442B2 (ja) |
| CN (1) | CN112786715B (ja) |
| TW (1) | TWI775012B (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004171903A (ja) | 2002-11-20 | 2004-06-17 | Sony Corp | 電子素子及びその製造方法 |
| JP2005116618A (ja) | 2003-10-03 | 2005-04-28 | Fujitsu Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2018198313A (ja) | 2017-05-24 | 2018-12-13 | ツィンファ ユニバーシティ | 太陽電池 |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2908067B2 (ja) * | 1991-05-09 | 1999-06-21 | キヤノン株式会社 | 太陽電池用基板および太陽電池 |
| JP5029600B2 (ja) * | 2006-03-03 | 2012-09-19 | 富士通株式会社 | カーボンナノチューブを用いた電界効果トランジスタとその製造方法及びセンサ |
| CN100405617C (zh) * | 2006-12-29 | 2008-07-23 | 清华大学 | 基于碳纳米管薄膜的太阳能电池及其制备方法 |
| TWI459568B (zh) * | 2008-03-21 | 2014-11-01 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | 太陽能電池 |
| TWI409961B (zh) * | 2008-04-11 | 2013-09-21 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | 太陽能電池 |
| KR20120081801A (ko) | 2011-01-12 | 2012-07-20 | 삼성엘이디 주식회사 | 반도체 발광 소자 |
| CN102437226B (zh) * | 2011-12-13 | 2013-12-11 | 清华大学 | 一种碳纳米管-硅薄膜叠层太阳能电池及其制备方法 |
| CN103367477A (zh) * | 2012-03-30 | 2013-10-23 | 清华大学 | 太阳能电池 |
| CN107564946A (zh) | 2016-07-01 | 2018-01-09 | 清华大学 | 纳米晶体管 |
| TWI577039B (zh) * | 2016-04-15 | 2017-04-01 | 張家耀 | 量子點敏化太陽能電池及利用共吸附劑提升量子點敏化太陽能電池之光電性能的方法 |
| CN107452897B (zh) * | 2016-05-31 | 2020-03-17 | 清华大学 | 有机薄膜太阳能电池制备方法和制备装置 |
| CN107564862B (zh) * | 2016-07-01 | 2020-09-25 | 清华大学 | 纳米异质结构的制备方法 |
| CN107564947A (zh) * | 2016-07-01 | 2018-01-09 | 清华大学 | 纳米异质结构 |
| CN107564948B (zh) | 2016-07-01 | 2021-01-05 | 清华大学 | 纳米异质结构及纳米晶体管的制备方法 |
| CN107564917B (zh) * | 2016-07-01 | 2020-06-09 | 清华大学 | 纳米异质结构 |
| CN107564979B (zh) * | 2016-07-01 | 2019-08-13 | 清华大学 | 光探测器 |
| CN108933166B (zh) | 2017-05-24 | 2020-08-11 | 清华大学 | 半导体器件 |
| CN108933182B (zh) | 2017-05-24 | 2020-05-15 | 清华大学 | 光探测器 |
| JP6621499B2 (ja) | 2017-05-24 | 2019-12-18 | ツィンファ ユニバーシティ | 半導体素子及び半導体部品 |
| KR102381419B1 (ko) * | 2017-06-29 | 2022-04-01 | 삼성디스플레이 주식회사 | 반도체 소자의 제조 방법, 반도체 소자를 포함하는 유기 발광 표시 장치 및 유기 발광 표시 장치의 제조 방법 |
-
2019
- 2019-11-08 CN CN201911090236.8A patent/CN112786715B/zh active Active
- 2019-11-21 TW TW108142363A patent/TWI775012B/zh active
-
2020
- 2020-02-28 JP JP2020033012A patent/JP7311442B2/ja active Active
- 2020-06-16 US US16/903,167 patent/US11482673B2/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004171903A (ja) | 2002-11-20 | 2004-06-17 | Sony Corp | 電子素子及びその製造方法 |
| JP2005116618A (ja) | 2003-10-03 | 2005-04-28 | Fujitsu Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2018198313A (ja) | 2017-05-24 | 2018-12-13 | ツィンファ ユニバーシティ | 太陽電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TWI775012B (zh) | 2022-08-21 |
| US11482673B2 (en) | 2022-10-25 |
| CN112786715B (zh) | 2022-11-22 |
| CN112786715A (zh) | 2021-05-11 |
| TW202119668A (zh) | 2021-05-16 |
| JP2021077848A (ja) | 2021-05-20 |
| US20210143334A1 (en) | 2021-05-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI650808B (zh) | 半導體元件 | |
| JP6730367B2 (ja) | 太陽電池 | |
| JP6377813B2 (ja) | ナノヘテロ接合構造 | |
| TWI667191B (zh) | 半導體器件 | |
| TWI653749B (zh) | 光探測器 | |
| JP7311442B2 (ja) | 太陽電池の製造方法 | |
| TW201900548A (zh) | 半導體器件 | |
| JP6946491B2 (ja) | 半導体構造体及び半導体部品 | |
| JP6952148B2 (ja) | 光検出器 | |
| TWI394285B (zh) | 光電轉換裝置及其製法 | |
| US10205098B2 (en) | Semiconductor structure and semiconductor device using the same | |
| TWI459568B (zh) | 太陽能電池 | |
| TW200947721A (en) | Solar cell |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200228 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210323 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210615 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20210713 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211109 |
|
| C60 | Trial request (containing other claim documents, opposition documents) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60 Effective date: 20211109 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20211207 |
|
| C21 | Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21 Effective date: 20211214 |
|
| A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20220107 |
|
| C211 | Notice of termination of reconsideration by examiners before appeal proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C211 Effective date: 20220118 |
|
| C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22 Effective date: 20220816 |
|
| C13 | Notice of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C13 Effective date: 20221004 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20221221 |
|
| C13 | Notice of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C13 Effective date: 20230328 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230413 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230706 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7311442 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |